Spontaneous parametric down-conversion process can split photons into type II photon pairs with mutually perpendicular polarization, author J-Wiki at en.wikipedia
L’entanglement quantistico o correlazione quantistica è un fenomeno quantistico, privo di analogo classico, per cui in determinate condizioni lo stato quantico di un sistema non può essere descritto singolarmente, ma solo come sovrapposizione di più sistemi. Da ciò consegue che la misura di un’osservabile di uno determina istantaneamente il valore anche per gli altri.
Poiché risulta possibile dal punto di vista sperimentale che sistemi come quelli descritti si trovino spazialmente separati, l’entanglement implica in modo controintuitivo la presenza di correlazioni a distanza tra le loro quantità fisiche (teoricamente senza alcun limite), determinando il carattere non locale della teoria.
Il termine “entanglement” (letteralmente, in inglese, groviglio, intreccio) fu introdotto da Erwin Schrödinger in una recensione del famoso articolo sul paradosso EPR, che nel 1935 rivelò a livello teorico il fenomeno.
Considerazioni generali
Secondo la meccanica quantistica è possibile realizzare un insieme costituito da due particelle caratterizzato da determinati valori globali di alcune osservabili. Ciò comporta che il valore misurato per una particella di una proprietà definita dell’insieme influenzi istantaneamente il corrispondente valore dell’altra, che risulterà tale da mantenere il valore globale iniziale. Ciò rimane vero anche nel caso le due particelle si trovino distanziate, senza alcun limite spaziale. E’ opportuno precisare che il processo di misura relativo alla singola particella è soggetto alle regole quantistiche di probabilità.
Si possono ottenere in pratica due particelle che, secondo la teoria, dovrebbero possedere tale caratteristica, facendole interagire opportunamente o acquisendole da un processo naturale che le origini nel medesimo istante (ad esempio un singolo decadimento radioattivo), in modo che siano descritte da uno stato quantico globale definito, pur mantenendo singolarmente carattere indefinito fino all’esecuzione di una misura.
L’entanglement è una delle proprietà della meccanica quantistica che portarono Einstein e altri a metterne in discussione i princìpi. Nel 1935 lo stesso Einstein, Boris Podolsky e Nathan Rosen, formularono il celebre “paradosso EPR” (dalle iniziali dei tre scienziati), che metteva in evidenza, appunto come paradossale, il fenomeno dell’entanglement. Esso nacque dall’assunzione di tre ipotesi: principio di realtà, principio di località e completezza della meccanica quantistica. Perché il paradosso venisse risolto era necessario che cadesse una delle tre ipotesi, ma considerando le prime due sicuramente vere, in quanto evidenti, gli autori giunsero alla conclusione che la meccanica quantistica è incompleta (contiene cioè variabili nascoste). In realtà vi era un errore di fondo, evidenziato nel 1964 da Bell con la dimostrazione, nell’ambito di una teoria delle variabili nascoste che riproduca le previsioni della meccanica quantistica, dell’incompatibilità tra i principi di località e di realtà. L’interpretazione maggiormente condivisa della meccanica quantistica (interpretazione di Copenaghen) contempla ad un tempo aspetti locali (teoria quantistica dei campi) e non locali (come appunto l’entanglement) rifiutando il principio di realtà, mentre, ad esempio, l’interpretazione di Bohm, che è una tipica teoria delle variabili nascoste, afferma il principio di realtà, escludendo quello di località.
In ogni caso la meccanica quantistica si è dimostrata in grado di produrre corrette previsioni sperimentali fino ad una precisione mai raggiunta prima e le correlazioni associate al fenomeno dell’entanglement quantistico sono state effettivamente osservate. All’inizio degli anni ’80 Alain Aspect e altri hanno svolto una serie di esperimenti particolarmente accurati che hanno provato che le correlazioni misurate seguono le previsioni della meccanica quantistica. Più recentemente (1998) Zeilinger e altri hanno migliorato tali esperimenti confermando risultati in accordo con le previsioni teoriche.
L’entanglement quantistico è alla base di tecnologie emergenti come i computer quantistici e la crittografia quantistica e ha permesso esperimenti relativi al teletrasporto quantistico, su cui si appuntano le speranze di nuove tecnologie. Sebbene non si possa trasmettere informazione attraverso il solo entanglement, l’utilizzo di un canale di comunicazione classico in congiunzione con uno stato entangled permette il teletrasporto di uno stato quantistico, che sarebbe altrimenti impossibile poiché richiederebbe un’infinita quantità di informazione per essere determinato. All’atto pratico, come conseguenza del teorema di no-cloning quantistico, questa ricca informazione non può comunque essere letta integralmente, ma può tuttavia essere impiegata nei calcoli.
Interpretazioni epistemologiche
L’entanglement quantistico costituisce una difficoltà per la teoria quantistica dal punto di vista epistemologico, in quanto è incompatibile con il principio apparentemente ovvio e realistico della località, per la quale il passaggio di informazione tra diversi elementi di un sistema può avvenire soltanto tramite interazioni causali successive, che agiscano spazialmente dall’inizio alla fine. Ad esempio, secondo il principio di località, il pugno di una persona può colpire il naso di un’altra solo se si è abbastanza vicini, o se si è in grado di mettere in moto meccanismi che, passo dopo passo, giungano fino al naso. Differenti interpretazioni del fenomeno dell’entanglement portano a differenti interpretazioni della meccanica quantistica.
All’inizio del XXI secolo alcuni fisici hanno cominciato ad analizzare la meccanica quantistica nei termini dell’informazione quantistica contenuta in un sistema. Con questo approccio l’entanglement e altri comportamenti tipici dei sistemi quantistici diventano derivazioni di teoremi sull’informazione contenuta nei sistemi stessi. (fonte Wikipedia).
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